[go: up one dir, main page]

RU2614021C1 - Method of producing nickel-63 radionuclide - Google Patents

Method of producing nickel-63 radionuclide Download PDF

Info

Publication number
RU2614021C1
RU2614021C1 RU2016107188A RU2016107188A RU2614021C1 RU 2614021 C1 RU2614021 C1 RU 2614021C1 RU 2016107188 A RU2016107188 A RU 2016107188A RU 2016107188 A RU2016107188 A RU 2016107188A RU 2614021 C1 RU2614021 C1 RU 2614021C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
nickel
radionuclide
atoms
khz
Prior art date
Application number
RU2016107188A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Валерьевич Лабозин
Алексей Борисович Дьячков
Михаил Алексеевич Поликарпов
Владислав Яковлевич Панченко
Алексей Анатольевич Горкунов
Валерий Александрович Фирсов
Сергей Михайлович Миронов
Глеб Олегович Цветков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2016107188A priority Critical patent/RU2614021C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2614021C1 publication Critical patent/RU2614021C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21GCONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes

Landscapes

  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes heating the metallic nickel-containing radionuclide 63Ni up to its evaporation temperature in a vacuum chamber, a target three-selective photoionization of Ni isotope atoms by means of simultaneous pulsed irradiation of the atoms by spatially combined laser beams with a wavelength of 3222.566±0.001Å, 5464.006±0.001Å and 5442.195±0.001Å with the subsequent isolation of the photoions 63Ni by electric field. The method is carried out at a pulsed laser beam frequency of 5-20 kHz with a pulse duration of 20-100 nsec, and the average laser radiation pulse power density of the first stage is selected in the range 40÷100 mW/cm2, of the second stage - 5÷40 mW/cm2, of the third stage - 3÷5W/cm2 at a pulsed laser beam frequency of 10 kHz with the pulse duration of 20 nsec.
EFFECT: possibility of implementing the method allowing to carry out the simultaneous selection of highly-enriched radionuclides and applying it to substrates at a commercial scale.
4 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способу лазерного выделения изотопа 63Ni с использованием фотоионизации целевого изотопа с последующим извлечением ионизированного целевого изотопа для использования в автономных источниках питания, в том числе основанных на бетавольтаическом эффекте.The invention relates to a method for laser separation of the 63 Ni isotope using photoionization of the target isotope, followed by extraction of the ionized target isotope for use in stand-alone power sources, including those based on the betavoltaic effect.

Уровень техникиState of the art

Радионуклид никеля 63Ni, являющийся чистым бета-излучателем с периодом полураспада более 100 лет - один из самых перспективных радионуклидов для создания миниатюрных автономных источников электрической энергии со сроком службы более 30 лет, работающих на бета-вольтаическом эффекте [Нагорнов Ю.С. «Современные аспекты применения бета-вольтаического эффекта» - Ульяновск: УлГПУ, 2012; Пустовалов А.А., Гусев В.В., Заддэ В.В., Петренко Н.С., Тихомиров А.В., Цветков Л.А. «Бета-вольтаический источник тока на основе никеля-63» - «Атомная энергия», т. 103, вып. 6, декабрь 2007].Nickel radionuclide 63 Ni, which is a pure beta emitter with a half-life of more than 100 years, is one of the most promising radionuclides for creating miniature autonomous sources of electrical energy with a life of more than 30 years, operating on the beta-voltaic effect [Yu.N. "Modern aspects of the application of the beta-voltaic effect" - Ulyanovsk: UlGPU, 2012; Pustovalov A.A., Gusev V.V., Zadde V.V., Petrenko N.S., Tikhomirov A.V., Tsvetkov L.A. “Nickel-63 Beta-Voltaic Current Source” - “Atomic Energy”, vol. 103, no. 6, December 2007].

Природный никель состоит из пяти стабильных изотопов со следующей распространенностью: 58Ni - 68.07%; 60Ni - 26.22%; 61Ni - 1.14%; 62Ni - 3.63%; 64Ni - 0.93%.Natural nickel consists of five stable isotopes with the following prevalence: 58 Ni - 68.07%; 60 Ni - 26.22%; 61 Ni - 1.14%; 62 Ni - 3.63%; 64 Ni - 0.93%.

Известен способ получения радионуклида 63Ni, включающий следующую последовательность операций: получение обогащенного по 62Ni исходного материала с применением центробежного разделения, облучение его в реакторе, конверсия в летучее соединение с последующим обогащением по радиоизотопу 63Ni (L.J. Sosnin, I.A. Suvorov, A.N. Tcheltsov, B.I. Rogozev, V.I. Gudov Production of 63Ni of high specific activity. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1993, v. A334, p. 43-44.A known method of producing a radionuclide 63 Ni, comprising the following sequence of operations: obtaining enriched in 62 Ni source material using centrifugal separation, irradiating it in a reactor, conversion to a volatile compound, followed by enrichment in radioisotope 63 Ni (LJ Sosnin, IA Suvorov, AN Tcheltsov, BI Rogozev, VI Gudov Production of 63 Ni of high specific activity. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1993, v. A334, p. 43-44.

Известен также патент RU №2313149 (оп. 20.12.2007, МПК G21G 1/06, B01D 59/20) «Способ получения радионуклида никель-63». При условии обогащения мишени по 62Ni до уровня в 50%, содержание 63Ni в конечном продукте может достигать 50%. Для дальнейшего увеличения концентрации целевого изотопа требуется дополнительное центрифугирование, однако из-за высокой радиоактивности этот процесс становится технически сложным в реализации.Also known patent RU No. 2313149 (op. 20.12.2007, IPC G21G 1/06, B01D 59/20) "Method for producing radionuclide nickel-63." Provided that the target is enriched in 62 Ni to a level of 50%, the content of 63 Ni in the final product can reach 50%. To further increase the concentration of the target isotope, additional centrifugation is required, however, due to the high radioactivity, this process becomes technically difficult to implement.

Известен также «Способ получения радионуклида никель-63», патент RU №2561378 (оп. 27.08.2015, МПК G21G 1/00, G21G 4/00, B01D 59/00).Also known is the "Method for the production of nickel-63 radionuclide", patent RU No. 2561378 (op. 08.28.2015, IPC G21G 1/00, G21G 4/00, B01D 59/00).

Изобретение относится к реакторной технологии получения радионуклидов и может быть использовано для производства радионуклида 63Ni, являющегося основой для создания миниатюрных автономных источников электрической энергии с длительным сроком службы, работающих на бета-вольтаическом эффекте. Способ получения радионуклида 63Ni включает изготовление никелевой мишени, обогащенной по изотопу 62Ni, из композиционного материала, состоящего из наночастиц никеля или его соединений, окруженных буфером в виде твердого вещества, растворимого в воде или других растворителях, облучение мишени в нейтронном потоке ядерного реактора, разделение наночастиц мишени и буфера, направление буфера на радиохимическую переработку для выделения радионуклида 63Ni и возвращение наночастиц никеля в ядерный реактор в состав новой мишени. Изобретение обеспечивает повышение удельной активности радионуклида 63Ni, упрощение технологического процесса его получения и снижение количества радиоактивных отходов.The invention relates to a reactor technology for producing radionuclides and can be used for the production of 63 Ni radionuclide, which is the basis for the creation of miniature autonomous sources of electric energy with a long service life, working on the beta-voltaic effect. A method of producing a 63 Ni radionuclide includes the manufacture of a nickel target enriched in the 62 Ni isotope from a composite material consisting of nickel nanoparticles or its compounds surrounded by a buffer in the form of a solid soluble in water or other solvents, irradiating the target in a neutron stream of a nuclear reactor, separation of the target and buffer nanoparticles, the direction of the buffer for radiochemical processing to isolate the 63 Ni radionuclide, and the return of nickel nanoparticles to the nuclear reactor as a new target. The invention provides an increase in the specific activity of the 63 Ni radionuclide, a simplification of the process for its production and a decrease in the amount of radioactive waste.

Известен «Способ получения радионуклида никель-63 для бета-вольтаических источников тока», патент RU №2569543 (МПК G21G 1/00, G21G 4/00, B01D 59/00, оп. 27.11.2015).The well-known "Method for the production of nickel-63 radionuclide for beta-voltaic current sources", patent RU No. 2569543 (IPC G21G 1/00, G21G 4/00, B01D 59/00, op. 27.11.2015).

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а более конкретно к технологии получения радиоактивного изотопа никель-63, используемого в производстве бета-вольтаических источников тока. Способ получения радионуклида никель-63 включает в себя получение из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени с содержанием никеля-64 более 2%, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63 до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте. Изобретение обеспечивает крупномасштабное рентабельное производство никеля-63 для бета-вольтаических источников тока.The invention relates to the field of production of radioactive isotopes, and more particularly to a technology for producing a radioactive isotope nickel-63 used in the production of beta-voltaic current sources. The method for producing the nickel-63 radionuclide includes the production of a nickel-rich nickel target with a nickel-64 content of more than 2% from the original nickel, irradiating the target in the reactor and then enriching the irradiated product with nickel-63 to reach 75% or more in an enriched product. The invention provides large-scale, cost-effective production of nickel-63 for beta-voltaic current sources.

Недостатком вышеприведенных способов является необходимость центробежного изотопного обогащения облученного радиоактивного никеля. Работа с высокоактивным газообразным веществом приводит к загрязнению разделительного оборудования, постоянной опасности утечек и технически сложна.The disadvantage of the above methods is the need for centrifugal isotope enrichment of irradiated radioactive nickel. Working with a highly active gaseous substance leads to contamination of the separation equipment, the constant danger of leaks and is technically difficult.

Известны лазерные фотоионизационные методы выделения радионуклидов различных изотопов, например таллия, иттербия (патенты №№2317847, 2446003), но эти способы не подходят для использования для получения изотопа 63Ni.Known laser photoionization methods for the separation of radionuclides of various isotopes, for example, thallium, ytterbium (patents No. 2317847, 2446003), but these methods are not suitable for use to obtain the 63 Ni isotope.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является разработка способа выделения радионуклида 63Ni с низкой степенью радиоактивного загрязнения, который может быть использован в промышленных масштабах.The technical result to which the invention is directed is the development of a method for isolating a 63 Ni radionuclide with a low degree of radioactive contamination, which can be used on an industrial scale.

Для достижения указанного результата предложен способ получения радионуклида никель-63, включающий нагревание металлического никеля содержащего радионуклид 63Ni до температуры его испарения в вакуумной камере, трехступенчатую селективную фотоионизацию атомов целевого изотопа 63Ni путем одновременного импульсного облучения атомов пространственно совмещенными лазерными пучками с длиной волны

Figure 00000001
,
Figure 00000002
и
Figure 00000003
с последующим выделением фотоионов 63Ni электрическим полем.To achieve this result, a method for producing a nickel-63 radionuclide is proposed, comprising heating metallic nickel containing a 63 Ni radionuclide to its evaporation temperature in a vacuum chamber, three-stage selective photoionization of atoms of the target 63 Ni isotope by simultaneous pulsed irradiation of atoms by spatially aligned laser beams with a wavelength
Figure 00000001
,
Figure 00000002
and
Figure 00000003
followed by the separation of 63 Ni photoions by an electric field.

Кроме того,Besides,

- частота повторения импульсов лазерных пучков составляет 5-20 кГц при длительности импульса 20-100 нс;- the pulse repetition rate of the laser beams is 5-20 kHz with a pulse duration of 20-100 ns;

- среднюю плотность мощности лазерного излучения первой ступени выбирают в диапазоне 40÷100 мВт/см2, второй ступени - 5÷40 мВт/см2, третьей ступени - 3÷5 Вт/с при частоте повторения импульсов лазерных пучков 10 кГц при длительности импульса 20 нс;- the average power density of the laser radiation of the first stage is selected in the range of 40 ÷ 100 mW / cm 2 , the second stage is 5 ÷ 40 mW / cm 2 , the third stage is 3 ÷ 5 W / s with a pulse repetition rate of laser beams of 10 kHz with a pulse duration 20 ns;

- выделение фотоионов 63Ni электрическим полем проводят на коллекторе, расположенном в вакуумной камере.- the selection of 63 Ni photoions by an electric field is carried out on a collector located in a vacuum chamber.

На фиг. 1 представлена схема фотоионизации никеля через автоионизационное состояние (АИС), позволяющая достигать высокой эффективности и селективности при выделении радионуклида 63Ni. Энергии уровней и длины волн (вакуумные) соответствуют 58Ni.In FIG. Figure 1 shows the scheme of nickel photoionization through the autoionization state (AIS), which allows one to achieve high efficiency and selectivity in the separation of the 63 Ni radionuclide. The energy levels and wavelengths (vacuum) correspond to 58 Ni.

На фиг. 2 представлена изотопическая структура перехода 3d84s2 3F4→3d94p 1Fo3. Метки показывают длины волн перехода для четных изотопов NiI; (

Figure 00000004
- CTC(61Ni);
Figure 00000005
- CTC(63Ni)).In FIG. Figure 2 shows the isotopic structure of the 3d84s2 3F4 → 3d94p 1Fo3 transition. Labels show transition wavelengths for even NiI isotopes; (
Figure 00000004
- CTC ( 61 Ni);
Figure 00000005
- CTC ( 63 Ni)).

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Исходным веществом является мишень из металлического никеля с некоторым содержанием радионуклида 63Ni. Способ получения 63Ni не имеет значения. В частности, возможна наработка радионуклида 63Ni при облучении природного никеля потоком нейтронов в реакторе. При этом ядро 62Ni поглощает нейтрон и превращается в 63Ni. Чем выше начальная концентрация 63Ni, тем выше производительность метода при равных концентрациях 63Ni в продукте.The starting material is a target of metallic nickel with a certain content of 63 Ni radionuclide. The method of obtaining 63 Ni does not matter. In particular, it is possible to produce a 63 Ni radionuclide by irradiating natural nickel with a neutron flux in a reactor. In this case, the 62 Ni nucleus absorbs the neutron and turns into 63 Ni. The higher the initial concentration of 63 Ni, the higher the productivity of the method at equal concentrations of 63 Ni in the product.

Первая стадия процесса заключается в том, что металлический никель подвергается испарению в вакууме. Вакуум необходим для того чтобы исключить окисление металлического никеля, а также для того, чтобы сократить до минимума столкновения атомов никеля с атомами остаточного газа. Типичные значения давления остаточного газа 10-5÷10-9 мм рт.ст. Заметное испарение никеля происходит при его нагревании до температуры 1600÷1700°С. Способ нагревания не имеет значения. Общие принципы способа получения различных изотопов таким методом достаточно разработаны, см. например, патенты №№2317847, 2446003. Из потока испарения, с помощью диафрагм вырезается пучок атомов с расходимостью 5÷20°. Таким образом, формируется бесстолкновительный поток атомов никеля с малой расходимостью. Типичные значения плотности атомов в потоке 1011÷1014 атомов/см3.The first stage of the process is that metallic nickel is evaporated in a vacuum. A vacuum is necessary in order to prevent oxidation of metallic nickel, and also in order to minimize collisions of nickel atoms with residual gas atoms. Typical residual gas pressures of 10 -5 ÷ 10 -9 mmHg Marked evaporation of nickel occurs when it is heated to a temperature of 1600 ÷ 1700 ° C. The method of heating does not matter. The general principles of the method for producing various isotopes using this method have been sufficiently developed, see, for example, patents Nos. 2317847, 2446003. An atomic beam with a divergence of 5–20 ° is cut out from the evaporation stream using diaphragms. Thus, a collisionless flow of nickel atoms with a small divergence is formed. Typical values of the density of atoms in a stream are 10 11 ÷ 10 14 atoms / cm 3 .

Вторая стадия процесса заключается в селективной фотоионизации атомов 63Ni в рабочем объеме вакуумной камеры. Для осуществления фотоионизации атомов никеля разработана трехступенчатая схема фотоионизации (см. фиг. 1).The second stage of the process is the selective photoionization of 63 Ni atoms in the working volume of the vacuum chamber. To implement photoionization of nickel atoms, a three-stage photoionization scheme has been developed (see Fig. 1).

В качестве исходного уровня используется основное состояние никеля 3d84s2 3F4, заселенность которого при температуре 1700°С составляет 0.42. В соответствии с правилами сложения моментов, сверхтонкая структура основного состояния атома 63Ni со спиновым моментом ядра 1/2 состоит из двух подуровней, соответствующих значению полного момента F=7/2,9/2. Аналогично первое возбужденное состояние 3d94p 1Fo3 расщеплено на два подуровня с значениями полного момента F=5/2,7/2. Между основным и первым возбужденным состояниями в соответствии с правилами отбора

Figure 00000006
возможны три перехода: 7/2-7/2, 7/2-5/2 и 9/2-7/2. Длина волны второго и третьего переходов
Figure 00000007
практически совпадают. Интенсивность перехода 7/2-7/2 с длиной волны
Figure 00000008
уступает интенсивности двух других переходов почти на порядок. Структура переходов первой ступени представлена на фиг. 2.As the initial level, the ground state of nickel 3d84s2 3F4 is used, the population of which at a temperature of 1700 ° С is 0.42. In accordance with the rules of addition of moments, the hyperfine structure of the ground state of the 63Ni atom with a spin moment of the nucleus 1/2 consists of two sublevels corresponding to the total moment F = 7 / 2,9 / 2. Similarly, the first excited state of 3d94p 1Fo3 is split into two sublevels with the total momentum values F = 5 / 2.7 / 2. Between the ground and first excited states in accordance with the selection rules
Figure 00000006
Three transitions are possible: 7 / 2-7 / 2, 7 / 2-5 / 2 and 9 / 2-7 / 2. Wavelength of the second and third transitions
Figure 00000007
almost coincide. Transition intensity 7 / 2-7 / 2 with wavelength
Figure 00000008
inferior to the intensity of the other two transitions by almost an order of magnitude. The transition structure of the first stage is shown in FIG. 2.

Длина волны переходов 7/2-5/2 и 9/2-7/2 попадает в промежуток между длинами волн поглощения стабильных изотопов никеля 64Ni (частотное расстояние 750 МГц) и 62Ni (частотное расстояние 1210 МГц) и это позволять осуществлять возбуждение и последующую фотоионизацию с высокой селективностью. Использование совпадающих переходов 7/2-5/2 и 9/2-7/2 позволяет вовлечь в процесс фотоионизации все атомы, находящиеся в основном состоянии, что способствует достижению высокой эффективности фотоионизации. Таким образом, трехступенчатая схема селективной фотоионизации 63Ni заключается в использовании в качестве первой ступени перехода из основного состояния 3d84s2 3F4 (подуровни 7/2 и 9/2) в первое возбужденное состояние 3d94p 1Fo3 (подуровни 5/2 и 7/2, длина волны

Figure 00000007
). В качестве второй ступени используется переход из состояния 3d94p 1Fo3 (подуровни 5/2 и 7/2) во второе возбужденное состояние 3d9 4d 2[7/2]4 (подуровни 5/2 и 7/2, длина волны
Figure 00000009
). Фотоионизация осуществляется за счет перехода из второго возбужденного состояния в автоионизационное с энергией 67707.610 см-1 (длина волны
Figure 00000010
). Для осуществления трехступенчатой фотоионизации необходимо одновременное воздействие на атомы лазерного излучения первой, второй и третьей ступени.The wavelengths of the transitions 7 / 2-5 / 2 and 9 / 2-7 / 2 fall into the gap between the absorption wavelengths of stable nickel isotopes 64 Ni (frequency distance 750 MHz) and 62Ni (frequency distance 1210 MHz) and this allows excitation and subsequent photoionization with high selectivity. The use of coincident transitions 7 / 2-5 / 2 and 9 / 2-7 / 2 allows all atoms in the ground state to be involved in the photoionization process, which contributes to the achievement of high photoionization efficiency. Thus, the three-stage 63Ni selective photoionization scheme consists in using the 3d84s2 3F4 (sublevels 7/2 and 9/2) as the first step of the transition to the first excited state 3d94p 1Fo3 (sublevels 5/2 and 7/2, wavelength
Figure 00000007
) As the second stage, we use the transition from the 3d94p 1Fo3 state (sublevels 5/2 and 7/2) to the second excited state 3d9 4d 2 [7/2] 4 (sublevels 5/2 and 7/2, wavelength
Figure 00000009
) Photoionization is carried out due to the transition from the second excited state to the autoionization state with an energy of 67707.610 cm -1 (wavelength
Figure 00000010
) For the implementation of three-stage photoionization, simultaneous exposure to the atoms of laser radiation of the first, second and third stages is necessary.

Для осуществления селективной фотоионизации используются импульсные перестраиваемые по длине волны лазеры на красителях с импульсной накачкой. В частности, возможна накачка лазерами на парах меди. Типичные значения частоты повторения импульсов 10 кГц, длительности импульса 20 нс. В этом случае, для осуществления эффективной и селективной фотоионизации средняя плотность мощности лазерного излучения первой ступени должна быть в диапазоне 40÷100 мВт/см2, второй ступени - 5÷40 мВт/см2, третьей ступени - 3÷5 Вт/см2. При таких параметрах достигается насыщение фотоионизации, а селективность фотоионизации превышает 1000.For the implementation of selective photoionization, pulsed pulsed dye lasers tuned along the wavelength are used. In particular, it is possible to pump with copper vapor lasers. Typical pulse repetition rates are 10 kHz, and pulse durations are 20 ns. In this case, for effective and selective photoionization, the average power density of the laser radiation of the first stage should be in the range of 40 ÷ 100 mW / cm 2 , the second stage - 5 ÷ 40 mW / cm 2 , the third stage - 3 ÷ 5 W / cm 2 . With these parameters, photoionization is saturated, and the selectivity of photoionization exceeds 1000.

Можно использовать лазеры с частотой импульсов 5 кГц или 20 кГц. При использовании лазеров с пониженной частотой надо пропорционально увеличивать протяженность рабочего объема, чтобы обеспечить вероятность облучения атомов. При накачке твердотельными лазерами длительность импульсов может достигать 100 нс.Lasers with a pulse frequency of 5 kHz or 20 kHz can be used. When using lasers with a reduced frequency, it is necessary to proportionally increase the length of the working volume in order to ensure the probability of radiation of atoms. When pumped by solid-state lasers, the pulse duration can reach 100 ns.

Полученный поток атомов никеля облучают импульсным лазерным излучением, которое представляет собой три лазерных луча с различными длинами волн, совмещенными пространственно (в один луч) и по времени (одновременный приход импульсов). Типичный диаметр луча 5÷30 мм. Средняя длина пробега атомов за время между двумя импульсами при частоте повторения импульсов 10 кГц составляет 5 см, поэтому для увеличения вероятности облучения атомов импульсным лазерным излучением размер области облучения вдоль потока атомов целесообразно довести до 7-9 см. Это можно сделать за счет многократного прохождения лазерного излучения через пучок атомов за счет отражения с помощью зеркал лазерного эгрета на конце рабочего объема. Отраженный луч направляется обратно в рабочий объем с небольшим смещением с тем, чтобы облучить зоны рабочего объема, которые не были облучены при первом прохождении луча. Аналогично образуется третий, четвертый и все последующие проходы лазерного луча.The resulting stream of nickel atoms is irradiated with pulsed laser radiation, which is three laser beams with different wavelengths, combined spatially (in one beam) and in time (simultaneous arrival of pulses). A typical beam diameter is 5–30 mm. The average path length of atoms during the time between two pulses at a pulse repetition rate of 10 kHz is 5 cm; therefore, to increase the probability of irradiation of atoms by pulsed laser radiation, it is advisable to increase the size of the irradiation region along the atomic flux to 7-9 cm. radiation through a beam of atoms due to reflection with the help of mirrors of a laser egret at the end of the working volume. The reflected beam is directed back to the working volume with a slight offset so as to irradiate areas of the working volume that were not irradiated during the first passage of the beam. Similarly, the third, fourth and all subsequent passages of the laser beam are formed.

Третья стадия состоит в выделении фотоионов 63Ni электрическим полем.The third stage is the separation of 63 Ni photoions by an electric field.

Выделение образованных фотоионов 63Ni можно осуществлять, например, сразу на коллектор продукта, расположенный в вакуумной камере. Коллектор продукта может представлять собой пластину из проводящего материала произвольной формы. Для вытягивания положительно заряженных фотоионов на коллектор следует приложить отрицательное по отношению к окружающим предметам напряжение. Для увеличения напряженности поля возможно размещение поблизости с коллектором заземленного или положительно заряженного электрода. Типичное значение напряженности поля 10-100 В/см. В результате вытягивания фотоионов на пластине коллектора образуется пленка металлического никеля, обогащенного радионуклидом 63Ni. Пластина коллектора с напыленной пленкой радионуклида 63Ni может быть извлечена из вакуумной камеры и использована в качестве элемента в источнике питания.The separation of the formed 63 Ni photoions can be carried out, for example, directly onto a product collector located in a vacuum chamber. The product collector may be a plate of conductive material of arbitrary shape. To pull positively charged photoions onto the collector, a negative voltage should be applied to surrounding objects. To increase the field strength, it is possible to place a grounded or positively charged electrode nearby the collector. Typical field strengths are 10-100 V / cm. As a result of the extrusion of photoions on the collector plate, a film of metallic nickel enriched with the radionuclide 63 Ni is formed. A collector plate with a sprayed 63 Ni radionuclide film can be removed from the vacuum chamber and used as an element in a power source.

Все конкретные параметры осуществления способа выбирают из возможностей оборудования и определяются в каждом конкретном случае.All specific parameters of the method are selected from the capabilities of the equipment and are determined in each case.

Таким образом предложен способ получения никеля-63 фотоионизационным методом с высокой селективностью, реализация которого позволит нарабатывать данный изотоп в одном производственном цикле, который востребован в промышленных масштабах, в частности, для производства автономных источников питания.Thus, a method is proposed for producing nickel-63 by the photoionization method with high selectivity, the implementation of which will allow producing this isotope in one production cycle, which is in demand on an industrial scale, in particular, for the production of autonomous power sources.

Claims (4)

1. Способ получения радионуклида никель-63, включающий нагревание металлического никеля, содержащего радионуклид 63Ni, до температуры его испарения в вакуумной камере, трехступенчатую селективную фотоионизацию атомов целевого изотопа 63Ni путем одновременного импульсного облучения атомов пространственно совмещенными лазерными пучками с длиной волны 3222.566±0.001
Figure 00000011
, 5464.006±0.001
Figure 00000011
и 5442.195±0.001
Figure 00000011
с последующим выделением фотоионов 63Ni электрическим полем.
1. A method of producing a nickel-63 radionuclide, comprising heating metallic nickel containing a 63 Ni radionuclide to its evaporation temperature in a vacuum chamber, three-stage selective photoionization of atoms of the target 63 Ni isotope by simultaneous pulsed irradiation of atoms by spatially aligned laser beams with a wavelength of 3222.566 ± 0.001
Figure 00000011
, 5464.006 ± 0.001
Figure 00000011
and 5442.195 ± 0.001
Figure 00000011
followed by the separation of 63 Ni photoions by an electric field.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частота повторения импульсов лазерных пучков составляет 10 кГц при длительности импульса 20 нс.2. The method according to p. 1, characterized in that the pulse repetition rate of the laser beams is 10 kHz with a pulse duration of 20 ns. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднюю плотность мощности лазерного излучения первой ступени выбирают в диапазоне 40÷100 мВт/см2, второй ступени - 5÷40 мВт/см2, третьей ступени - 3÷5 Вт/см2.3. The method according to p. 1, characterized in that the average power density of the laser radiation of the first stage is selected in the range of 40 ÷ 100 mW / cm 2 , the second stage is 5 ÷ 40 mW / cm 2 , the third stage is 3 ÷ 5 W / cm 2 . 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение фотоионов 63Ni электрическим полем проводят на коллекторе, расположенном в вакуумной камере.4. The method according to p. 1, characterized in that the selection of photoions 63 Ni by an electric field is carried out on a collector located in a vacuum chamber.
RU2016107188A 2016-02-29 2016-02-29 Method of producing nickel-63 radionuclide RU2614021C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107188A RU2614021C1 (en) 2016-02-29 2016-02-29 Method of producing nickel-63 radionuclide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107188A RU2614021C1 (en) 2016-02-29 2016-02-29 Method of producing nickel-63 radionuclide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2614021C1 true RU2614021C1 (en) 2017-03-22

Family

ID=58453156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016107188A RU2614021C1 (en) 2016-02-29 2016-02-29 Method of producing nickel-63 radionuclide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2614021C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715735C1 (en) * 2019-11-20 2020-03-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of semiconductor beta-voltaic cells manufacturing based on nickel-63 radionuclide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280505A (en) * 1991-05-03 1994-01-18 Science Research Laboratory, Inc. Method and apparatus for generating isotopes
RU2313149C1 (en) * 2006-06-20 2007-12-20 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Method for producing nickel-63 radionuclide
US20090196390A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 The Curators Of The University Of Missouri Radioisotope production and treatment of solution of target material
RU2569543C1 (en) * 2014-07-08 2015-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Method of producing nickel-63 radionuclide for beta-voltaic current sources

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280505A (en) * 1991-05-03 1994-01-18 Science Research Laboratory, Inc. Method and apparatus for generating isotopes
RU2313149C1 (en) * 2006-06-20 2007-12-20 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Method for producing nickel-63 radionuclide
US20090196390A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 The Curators Of The University Of Missouri Radioisotope production and treatment of solution of target material
RU2569543C1 (en) * 2014-07-08 2015-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Method of producing nickel-63 radionuclide for beta-voltaic current sources

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715735C1 (en) * 2019-11-20 2020-03-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of semiconductor beta-voltaic cells manufacturing based on nickel-63 radionuclide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fedoseyev et al. The ISOLDE laser ion source for exotic nuclei
CN102084434B (en) Apparatus and method for producing medical isotopes
US2161985A (en) Process of producing radio-active elements
KR102810725B1 (en) Concentration and radioisotope production technology
Peacock et al. Sources of highly stripped ions
RU2614021C1 (en) Method of producing nickel-63 radionuclide
Barmina et al. Laser-induced synthesis and decay of Tritium under exposure of solid targets in heavy water
RU2390375C2 (en) Method for extraction of ytterbium isotope
US7323651B2 (en) Method for isotope separation of thallium
JPH0716584B2 (en) Laser isotope separation device
Magyar et al. Photoelectric Franck-Hertz experiment and its kinetic analysis by Monte Carlo simulation
JPH025131B2 (en)
Eden et al. Devices: Visible and UV lasers: Problems and promises: New families of gas lasers are expected to deliver a range of pulse intensities, durations, and wavelengths for diverse applications
RU2715735C1 (en) Method of semiconductor beta-voltaic cells manufacturing based on nickel-63 radionuclide
Letokhov et al. Proposal of a laser radiochemical Ga detector of solar neutrinos
Welte Atom trap trace analysis of 39Ar
RU2488243C2 (en) Plasma generator of deceleration radiation
RU2536319C2 (en) Method and apparatus for generating pulsed gamma-radiation of short-lived isomers of atomic nuclei
Sjödin et al. Status of GISELE: a resonant ionization laser ion source for the production of radioactive ions at GANIL
Thirolf Particle Acceleration Driven by High-Power, Short Pulse Lasers
RU2651338C2 (en) Iodine isotopes laser separation method
Young Understanding Ultraintense x‐ray Interactions with Matter
RU2339102C2 (en) Method for production of plasma enable start targets
RU2643523C1 (en) Method of generating neutron pulses
Balooch et al. Multiphoton laser ionization mass spectrometry of cesium iodide and atomic iodine